盾构管片开裂及错台分析

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1、盾构管片开裂及错台分析摘要：本文以地铁盾构项目施工过程中盾构机械、地质水文环境、联络通道开挖、洞内注浆等情况下管片的开裂及错台的产状及分布为基础，分析了裂缝及错台产生的原因，并简述了目前常用的控制盾构管片裂缝及错台的防护措施。关键词：盾构、管片、开裂、错台中图分类号：C35文献标识码：A一、概述隧道及地下空间的大发展，促进了盾构法施工技术的进步，盾构法具有掘进速度快、质量优、对周边环境影响小、施工相对安全等优点。目前城市地铁盾构隧道一般采用结构内径d)5400mm,外径e6000mm,1封顶块+2临接块+3标准块的拼接形式，弯螺栓连接错缝拼装钢筋混凝土平板型300mm厚

2、单层管片衬砌，环纵向接头为10处，按36。等角度布置，接缝防水采用密封垫沟槽内置高弹性三元乙丙橡胶密封垫，在一般情况下，成型快，防水良好，但也存在整体性相对较差的情况，在软土富水地区施工管片上浮以及联络通道破除管片、特别情况需洞内注浆、不均匀施工堆载等情况下，造成隧道局部位移变形，管片开裂及错台，给拼装带来困难并对防水构成隐患，直接影响盾构工程的正常施工及安全运营。二、裂缝及错台的分布在盾构施工过程中，在特定情况下（除管片生产过程中质量问题造成的裂缝及破损），伴随隧道的上浮、局部扭转、侧向位移等出现管片开裂及错台具有一些特点，结合实际项目中的裂缝及错台监测情况及以往研究

3、者的文献报告，综合如下：（1）管片横向裂缝主要出现在开裂管片的中部，与隧道轴线方向基本平行，开裂较严重的管片一般从中部环向向两接缝端出现5-7条贯通缝，缝间距20cm左右，中部裂缝最为严重，通常的情况下这类裂缝不会影响隧道结构的使用，但严重时，管片表面延裂缝出现渗水，表明裂缝较深，开展深度超出橡胶防水带，影响结构的使用，甚至可能降低隧道的防水等级。（2）由于管片错缝拼装的结构特点，纵向管片的横向贯通缝呈现隔环相同部位管片出现，横向隔块出现的特点，以某施工项目为例，统计开裂管片21环，开裂较严重的管片5环，主要贯通裂缝均呈现纵向隔环横向隔块出现的特点,表明盾构管片接缝处的

4、弯矩传递符合钱的特点，其管片内开裂裂缝分布类似纯弯简直梁。图1管片裂缝分布展开图(3)较严重的开裂破损及错台一般同时出现，隧道纵向变形如上浮、承受注浆侧向压力情况下，管片的错台与管片横向裂缝基本呈同环对称出现，表明错台存在局部应力释放，以某施工项目为例，开裂较重的管片对称部位同时出现裂缝及错台，最大错台3-5cm。(3)管片的局部破损大多发生在连接螺栓的手孔处，裂缝呈环手孔外侧，破损位置在环缝连接处占绝大多数，且一般都是在隧道两侧，同时还伴随出现错台以及管片角部裂缝。三、裂缝及错台产生的原因分析盾构管片的开裂与错台主要与盾构隧道的轴向位移变形有关，隧道局部的开口以及局部

5、注浆，涌水流砂造成管片周边围护土体变化，造成管片周边土压力分布与设计计算模型有较大的偏差也是造成管片开裂与错台的缘由，结合实际施工项目及研究文献，具体分析如下：(1)盾构机姿态控制不当。某盾构隧道在滋工过程中发现管片开裂，经检查发现推力千斤顶安装偏离安装轴线位置，导致加压反力不均，从而引起管片破坏。另外在特殊地质条件如富水软土区施工，隧道施工过程中所受浮力较大，而盾构本身重量较大，易形成栽头掘进，引起管片附加应力,造成管片裂缝错台。(2)浅埋或软土地区隧道上浮。浅埋区段以及富水软土地质环境中，盾构隧道在施工期易产生上浮，据相关文献,某盾构隧道最大上浮达150mm,平均上

6、浮100mm左右，管片产生裂缝错台，环向错台较大时3-4cm,产生上浮的原因即与隧道上覆土压力不能完全抵消其所受浮力，另外也与盾构隧道的掘进断面略大于结构断面有关。(3)联络通道的开挖。采用切割破除管片开口掘进联络通道方法，本身即造成管片结构与管片结构计算模型的不符，受力更加复杂，形成隧道的一个薄弱区域，在一般良好的地质环境以及提前进行加固的条件下，据相关研究及现场施工经验，一般均可正常开挖，但是在出现开口涌水流砂的特殊状况下，管片周边土体流失，可能出现土体崩塌、土洞等，导致管片周边土压力分布变化，周边即有的土体约束改变，造成隧道位移变形，从而引起管片破损开裂及错台。(

7、1)洞内注浆。依据相关研究及文献，洞内管片后注浆压力一般应控制在0.1-0.3Mpa,特殊情况下采用洞内注浆加固处理，一般采用双桨液注浆，由于凝结时间快，造成如不提高注浆压力将极易造成注浆管堵口，不得不提高压力注浆，据相关研究，注浆压力从0.1Mpa增大到0.9Mpa,浆液扩散半径增加一倍多，但对管片的压力增大了50多倍，实际操作中，注浆压力达到1.5Mpa,直接造成隧道侧向位移并发生扭转，管片开裂并错台，裂缝宽度达到0.9mm,错台3-5cm,加固支撑井字架屈曲变形。图2井字架节点屈曲图3井字架支撑点滑移(2)洞内的不均匀堆载。特殊情况